【摘要】：火灾下钢结构建筑物的大部分构件并未完全失效,可以通过结构的修复加固恢复其使用功能。然而,这首先需要根据钢结构梁柱节点的损伤特征进行残余承载力预估。因此开展火灾下钢结构节点损伤特征及残余承载力预计研究具有重要的现实意义。端板式节点作为一种经典的半刚性节点形式,在国内外建筑中得到广泛应用。国内外学者采用试验手段和数值模拟手段对不同影响因素下端板式节点的火灾响应特征和损伤特征进行了研究,但是目前仍处于定性分析阶段,缺少明确的宏观损伤指标定义。而对节点残余承载力的研究,大都集中于常温下端板式节点的残余承载力研究。因此,开展端板式钢节点的损伤特征和残余承载力的研究具有重要的理论意义。具体而言,本文完成的主要工作和研究结果包括:(1)采用有限元计算软件ABAQUS 6.13建立了包含混凝土楼板的端板式节点模型,按照标准升温曲线进行热分析,得到火灾下节点的温度场分布,与现行通用的节点域升温分区方式进行比较,吻合较好,说明可以通过该温度分区进行有限元分析。建立与王永昌试验尺寸相同的热-结构分析模型,并通过节点域失效方式和梁跨中挠度-温度曲线验证了建模方式的正确性。(2)按照(1)中的建模方法建立本文的分析模型,分析了柱约束刚度、端板厚度、荷载比、预紧力以及损伤指标对节点火灾响应特征的影响。研究发现,柱约束刚度对节点耐火极限温度、钢梁跨中挠度发展、钢梁跨中和梁端的弯矩以及节点域应力变形分布有较大影响;端板加厚可以提高节点的耐火极限温度,但对内力发展和节点域变形发展影响不大;荷载比的升高将显著削弱节点的耐火能力;预紧力P的变化对节点火灾响应影响不大;设置延性损伤后,节点域的破坏由螺栓拉伸转变为螺栓断裂。(3)在对响应特征规律总结归纳的基础上分析了节点的失效机理。火灾高温下节点的失效是悬链线效应阶段钢梁拉力与弯矩共同作用的结果,通常表现为节点域端板的屈曲和螺栓的断裂。柱约束刚度和荷载比的大小对节点失效发展过程中的内力演化影响较大。(4)结合节点的火灾响应特征和失效机理可知,高温下节点的宏观损伤发展可以用节点域T型区的变形来表示,因此本文以1st T-stub的变形为损伤变量,定义损伤指标为1st T-stub区温度T时位移减去屈服位移与失效变形减去屈服位移值的比值。(5)采用组元法修正了EC3规定的常温下节点的弯矩-转角理论模型,将理论计算结果与有限元计算结果得到的曲线进行对比,验证拟合良好。根据已有的高温下端板式节点的承载力计算公式进行了理论计算,验证合理的情况下,将本文得到的损伤指标带入,以节点的残余容许转角作为节点的残余承载力表征,得到考虑损伤的高温下节点残余承载力公式。与不考虑损伤、考虑EC3规定和随温度变化的延性损伤的有限元计算结果以及不考虑损伤的理论计算结果曲线进行对比,验证了模型的合理性与正确性。
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【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU391;TU352.5
【参考文献】
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